Due articoli, uno pubblicato sulla rivista “Nature” e uno accettato per la pubblicazione sulla rivista “Astronomy & Astrophysics”, riportano diversi aspetti di uno studio della galassia GN-z11, una delle più distanti conosciute, che ha rivelato la presenza del più distante e antico buco nero trovato finora. Un team di ricercatori guidato da Roberto Maiolino dell’Università di Cambridge ha usato il telescopio spaziale James Webb per esaminare GN-z11 trovando le tracce dell’attività del buco nero supermassiccio al suo centro. Quelle tracce indicano che esso sta divorando la materia circostante a una notevole velocità. Analisi spettroscopiche hanno mostrato la presenza di un grumo di elio nell’alone che circonda GN-z11 e nessun elemento pesante e ciò suggerisce che in quell’alone possano formarsi stelle di prima generazione.

L’immagine in alto (NASA, ESA, CSA, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), M. Rieke (University of Arizona), D. Eisenstein (CfA)) mostra una porzione di cielo fotografata dallo strumento NIRCam del telescopio spaziale James Webb con la galassia GN-z11 nel riquadro.

La scoperta della galassia GN-z11 venne annunciata nel marzo 2016, ottenuta grazie all’uso del telescopio spaziale Hubble. Una galassia che vediamo com’era circa 400 milioni di anni dopo il Big Bang non poteva che suscitare grande interesse tra gli astronomi ed era stata inserita tra gli obiettivi di studio con il telescopio spaziale James Webb all’interno del progetto JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).

Fin dall’inizio era stata notata la notevole luminosità della galassia GN-z11, che era stata attribuita a un elevatissimo ritmo di formazione stellare. Ora le nuove osservazioni finalmente possibili con il telescopio spaziale James Webb mostrano una situazione un po’ diversa in cui c’è un buco nero supermassiccio attivo, il più lontano e di conseguenza anche il più antico scoperto finora.

In particolare lo strumento NIRCam (Near-Infrared Camera) è stato usato per trovare le tracce del tipo generato da un disco di accrescimento che circonda un buco nero supermassiccio. Questa presenza è stata confermata anche dalle indicazioni spettroscopiche ottenute usando lo strumento NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) di elementi chimici ionizzati che sono tipicamente presenti in quei dischi di accrescimento.

Il buco nero supermassiccio sembra anche troppo cresciuto considerando che è al centro di una galassia primordiale. I meccanismi che portano alla nascita di questi buchi neri sono al centro di vari studi e le nuove informazioni su quello al centro della galassia GN-z11 saranno utili a mettere alla prova i vari modelli proposti negli ultimi anni.

I ricercatori guidati da Roberto Maiolino hanno usato lo strumento NIRSpec anche per esaminare la composizione della galassia GN-z11 ben oltre il suo nucleo. Il risultato è stata la scoperta di un grumo di elio nell’alone che la circonda. Ciò corrisponde alle aspettative dei ricercatori e i modelli indicano che nubi di gas che in galassie primordiali contengono solo idrogeno ed elio potrebbero formare stelle di prima generazione.

L’immagine in basso (NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)) mostra la galassia GN-z11 con le rilevazioni spettroscopiche dell’elio (He II) ottenute con lo strumento NIRSpec del telescopio spaziale James Webb.

Una delle speranze degli astronomi è che il telescopio spaziale James Webb riesca a vedere abbastanza lontano nello spazio e nel tempo da individuare le tracce delle stelle più antiche mai esistite. Ciò sarebbe importante per accertare il livello di precisione degli attuali modelli di formazione delle prime stelle e galassie.

I ricercatori intendono continuare lo studio della galassia GN-z11 con nuove osservazioni mirate nella speranza di trovare le tracce della formazione delle prime stelle. Un successo costituirebbe un passo in avanti nella ricostruzione di una fase cruciale della storia dell’universo.